(57)【要約】【課題】比較的深い浸炭が要求され、サイクルタイムが短い少種多量生産ワーク用としての連続浸炭炉を、設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストをそれぞれ低コストで提供。【解決手段】昇温室２、浸炭室３、拡散室４及び降温室５を直列に配置し、昇温室２、浸炭室３及び拡散室４はそれぞれ複数の鉄合金部品のワークを入れたトレイ又はバスケット10（以下トレイ10という）を収容可能とし、ワークを入れたトレイ10を、定められたサイクル毎に１個のトレイ10を順次搬入しながら対応した数のトレイ10を搬出。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇温室、浸炭室、拡散室及び降温室を直列に配置した鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、
前記浸炭室及び拡散室はそれぞれ複数のトレイ又はバスケットを収容可能とし、定められたサイクル毎に１個のトレイ又はバスケットを順次搬入しながら、対応した数のトレイ又はバスケットを搬出することを特徴とする連続真空浸炭方法。
【請求項２】
昇温室、浸炭室、拡散室及び降温室を直列に配置した鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、
前記浸炭室及び拡散室はそれぞれ複数のトレイ又はバスケットを収容可能とし、定められたサイクル毎に１個のトレイ又はバスケットを順次搬入しながら、対応した数のトレイ又はバスケットを搬出することを特徴とする連続真空浸炭炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は昇温室、浸炭室、拡散室及び降温室を直列に配置した鉄合金部品の連続真空浸炭方法および連続真空浸炭炉の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバッチ送りの鉄合金部品の連続真空浸炭炉は、例えば98年６月発行  ADVANNCED METALS & PROCESSES誌   F Preisser 他 "UPDATE ON VACUUM-BASED CARBURIZINNG"のFig.5 に示すような連続真空浸炭炉が知られている。この連続真空浸炭炉は、昇温室に続く、複数個の真空シール扉で仕切られた独立した浸炭室で真空浸炭された後、同じく複数のステーションを有する真空シール扉で仕切られた独立した拡散室で拡散処理されていた。
特許文献１の図２には、直列に配置した、昇温室、浸炭兼拡散室、降温室のそれぞれに、複数のトレイ又はバスケットを収容可能とした連続真空浸炭炉が記載され、特許文献２には、直列に配置した、複数の昇温機能をもたせた浸炭兼拡散室をもつ連続真空浸炭炉が記載され、特許文献３には、直列に配置した、それぞれ昇温、浸炭、拡散、降温機能をもつ複数の加熱室を有する連続真空浸炭炉が記載されている。
【特許文献１】特許第３３０２９６７号公報
【特許文献２】特許第３５４７７００号公報
【特許文献３】特開２００３−１５５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが真空浸炭処理方法は、周知のように浸炭時間（Tc）、拡散時間(Td)を厳密に制御しかつ各々の時間比率(Td/Tc) を浸炭処理温度に応じて変更させねばならない処理方法である。例えば処理温度を930 ℃から1040℃に変化させると前記比率(Td/Tc) は1.5 から3.5 と大きくき変更しなければならない。特に所要浸炭深さが深い場合には、拡散に必要な処理時間が全浸炭処理時間のうちの多くを占める。上記 "UPDATE ON VACUUM-BASED CARBURIZINNG"のFig.5 の連続浸炭炉では、バスケット又はトレイを、昇温室には３個、後の各室には１個ずつ配置する例を示すが、前記比率(Td/Tc) が1.5 のときは、浸炭室、拡散室のサイクルタイムを合わせるため、浸炭室において0.25, 拡散室において1.25の割合にする必要がある。浸炭室、拡散室とも各１室のためのサイクルタイムは非常に長くなり、深い浸炭で生産量が多い、即ちサイクルタイムが短い場合は複数ラインの連続浸炭炉が必要となり、多くのスペースとコストを必要とする。
【０００４】
この解消策として、特許文献１では直列に配置した昇温室、浸炭兼拡散室、降温室のそれぞれに、複数のトレイ又はバスケットを収容可能として、前記比率(Td/Tc) にフレキシブルに対応できる連続浸炭炉を開示し、特許文献２、特許文献３ではぞれぞれが昇温、浸炭、拡散機能をもつ複数の加熱室を有し、昇温、浸炭、拡散の各工程ができるような、炉体として所定のサイクルタイムに入るように、各室が平準化された連続浸炭炉を提案が開示しているが、浸炭室は、浸炭時の圧力制御装置、浸炭ガス用ノズルや流量調整装置、浸炭室内のバーンアウト装置など、昇温室や拡散室に比較して多くの装置が必要であり、イニシアルコスト高になり、複雑な装置が多いことからメインテナンスコストも多くかかることは当然である。特許文献１では複数のトレイ又はバスケットを収容可能な大きい浸炭兼拡散室としたので、浸炭室としてのこれらのコスト高を招き、特許文献２、特許文献３ではぞれぞれ複数の浸炭室をもつことはそれだけ浸炭ガス量も多くなりイニシアルコスト高、ランニングコスト高になる。さらに、浸炭室内の金物は鉄系材質のものは浸炭され寿命低下が予想されるため、浸炭されにくい材質のもの、例えばセラミックス等を、使う必要がある。従って大きい浸炭兼拡散室や多機能をもつ複数の加熱室の連続浸炭炉は、多種ワーク用としてはフレキシビリティがあり有利であるが、特に深い浸炭が要求され、多量生産ワーク用の連続浸炭炉としては、設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストからみてコスト高になるという課題があった。
【０００５】
本発明の課題はかかる従来技術の課題を解決した、比較的深い浸炭が要求され、サイクルタイムが短い少種多量生産ワーク用としての連続浸炭炉を、設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストをそれぞれ低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため本発明は、昇温室、浸炭室、拡散室及び降温室を直列に配置した鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、前記浸炭室及び拡散室はそれぞれ複数のトレイ又はバスケットを収容可能とし、定められたサイクル毎に１個のトレイ又はバスケットを順次搬入しながら、対応した数のトレイ又はバスケットを搬出することを特徴とする連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉によって上述の本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、前記浸炭室及び拡散室はそれぞれ複数のトレイ又はバスケットを収容可能とし、定められたサイクル毎に１個のトレイ又はバスケットを順次搬入しながら、対応した数のトレイ又はバスケットを搬出することを特徴とする連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉により、特に深い浸炭が要求される多量生産ワーク用としては、設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストをそれぞれ低コストとした連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉を提供するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。各図面において、図１は本発明の第１の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.2mm、サイクルタイム15分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図（その下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャートを含む、以下同じ）、図２は本発明の第２の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム26分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図、図３は本発明の第３の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム15分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図、図４は比較のための特許文献２に示す複数の（３個の）昇温機能をもつ浸炭兼拡散室を有する、浸炭深さ 1.2mm、サイクルタイム40分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図、をそれぞれ示す。
【０００９】
図１乃至図３に示すように、本発明を実施するための最良の形態の連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉は、それぞれ真空扉９で仕切られて独立した、昇温室２、浸炭室３、拡散室４及び降温室５を直列に配置した鉄合金部品の連続真空浸炭炉において、昇温室２、浸炭室３及び拡散室４はそれぞれ複数の（例えば図１では４個の）鉄合金部品のワークを入れたトレイ又はバスケット10（以下トレイ10という）を収容可能とし、図示しないウオーキングビームといった内部送り装置で、ワークを入れたトレイ10を装置内部で図でみて左から右の方向に移動するよう、定められたサイクル毎に１個のトレイ10を順次搬入しながら、対応した数のトレイ10を搬出することを特徴とする。なお図１では、降温室５には３個の、焼入室６、搬入室１及び搬出室７にはそれぞれ１個のトレイ10を収容可能としている。
【実施例１】
【００１０】
図１は、鋼材 SCM 420材質鉄合金部品ワークを、表面より浸炭深さ 1.2mmでの要求炭素濃度 0.3％の場合の工程についての例であり、サイクルタイムは15分／トレイである。作動では、搬入室１の入口扉８を開いて１個のトレイ10を搬入室１に搬入し、入口扉８を閉じ、搬入室１内を0.05 kPa程度に真空排気して減圧する。昇温室２の入口真空扉９を開いて１個のトレイ10が搬入室１から昇温室２に搬入され、同時に昇温室２の出口真空扉９を開いて４個のうちの先頭の昇４の１個のトレイ10がサイクルタイム15分毎に、それぞれ１ピッチづつ右方向に浸炭室３へ搬入される。同時に浸炭室３の出口真空扉９を開いて４個のうちの先頭の浸４の１個のトレイ10がサイクルタイム15分毎に、それぞれ１ピッチづつ右方向に拡散室４へ搬入され、同様に順次降温室５、焼入室６及び搬出室７に搬入・搬出される。昇温室２内は約1000°Ｃに昇温・保持され、搬入室１から搬入されたトレイ10上の鉄合金部品ワークは、搬送時間を含め２分均熱後13分計15分、その後各15分、合計60分昇温される。
【００１１】
浸炭室３内は約1000°Ｃに昇温・保持され、0.05 kPa程度に減圧されており、昇温室２内から浸炭室３内に搬入された浸１のトレイ10は、入口・出口真空扉９を閉じ搬送時間を含め２分均熱後、浸炭ガスとしてエチレンガスを室内圧力２ kPaに制御しながら浸炭ガスを４分間供給した後、浸炭ガスを停止し、室内圧力を0.05 kPa程度に減圧して保持し、９分間拡散を行う（浸１のトレイ10の昇温室２から浸炭室３内への移動時は、温度の低いところを通るので搬送時間を含めた２分均熱時間は拡散時間に加算されない）。浸２〜浸４のトレイ10は、浸炭室３内で約1000°Ｃに昇温・保持された中の移動であるので、搬送時間２分の間も拡散を行うので、９分間拡散を行ってもそれぞれ搬送時間２分を含めて計11分の拡散時間に加算される。浸炭室３内の各１個のトレイ10の鉄合金部品ワークは、４サイクルで合計浸炭時間16分、計拡散時間42分となる。
【００１２】
拡散室４内は、約1000°Ｃに昇温・保持され、0.05 kPa程度に減圧されており、拡散室４内に搬入された拡１のトレイ10は、入口・出口真空扉９を閉じ搬送時間を含め２分均熱後、13分拡散され（浸１のトレイ10の、浸炭室３から拡散室４内への移動時は温度の低いところを通るので搬送時間を含めた２分の均熱時間は拡散時間に加算されない）、拡２〜拡４のトレイ10は、拡散室４内で約1000°Ｃに昇温・保持された中の移動であるので、搬送時間２分の間も拡散されるので、13分拡散を行ってもそれぞれ搬送時間２分を含め計15分の拡散時間に加算される。拡散室４内の各１個のトレイ10は、４サイクルで計拡散時間58分となり、拡散時間は浸炭室３内と拡散室４内と合わせて合計 100分で、合計浸炭時間（Tc）16分、合計拡散時間(Td) 100分として時間比率(Td/Tc) は6.25となる。
【００１３】
降温室５には３個の、焼入室６及び搬出室７にはそれぞれ１個のトレイ10が、サイクルタイム15分毎に、それぞれ１ピッチづつ右方向に移動され、降温室５で 850°Ｃに降温し、焼入室６で焼入された後、搬出室７から搬出される。以上の処理を行った結果鉄合金部品ワークは表面より浸炭深さ 1.2mmで 0.3％の炭素濃度、表面炭素濃度は 0.8％を得た。  図１乃至図３の実施例では降温室５は真空降温方法としたが、N2ガスを使用した対流降温方法としてもよい。
【００１４】
図４に比較のための特許文献２に示す昇温機能をもつ浸炭兼拡散室13を３個有し、浸炭処理温度、拡散処理温度約1000°Ｃで、浸炭深さ 1.2mm、サイクルタイム40分で実施した連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャートを示し、図１と同様な処理条件で処理を行った。図４では、３個の浸炭兼拡散室13の浸拡１、浸拡２では、それぞれ、搬送時間２分の後、５分の浸炭と14分の拡散及び２分の浸炭と17分の拡散とを行い、浸拡３では、搬送時間２分の後、２分の浸炭と36分の拡散を行い、合計浸炭時間16分、合計拡散時間98分で、時間比率(Td/Tc) は 6.125となり、図１の実施例とほぼ同じ表面より浸炭深さ 1.2mmで 0.3％の炭素濃度の浸炭を得ることができたが、サイクルタイムは40分で、図１の実施例のサイクルタイムとして15分が必要であれば、図４の連続真空浸炭炉が２〜３連必要となり、設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストからみてコスト高になる。
【実施例２】
【００１５】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム26分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャートで、図１と同様な処理条件で処理を行った。合計浸炭時間36分、合計拡散時間 168分で、時間比率(Td/Tc) は4.66となった。
【実施例３】
【００１６】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム15分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャート、図１と同様な処理条件で処理を行った。合計浸炭時間36分、合計拡散時間 170分で、時間比率(Td/Tc) は4.72となり、図２の実施例とほぼ同じの、表面より浸炭深さ 1.6mmの炭素濃度の浸炭を得ることができたが、サイクルタイムは15分で、図２の実施例のサイクルタイムは26分を、浸炭室３と拡散室４内の収容トレイ又はバスケット数を各２個多くするだけで、サイクルタイムを容易に38％短縮できた。
【００１７】
〔発明を実施するための最良の形態の効果〕
以上述べたように、図１乃至図３の本発明を実施するための最良の形態においては、浸炭室及び拡散室はそれぞれ複数のトレイ又はバスケットを収容可能とし、定められたサイクル毎に１個のトレイ又はバスケットを順次搬入しながら、対応した数のトレイ又はバスケットを搬出することを特徴とする連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉により、浸炭室は１個の炉体からなり、浸炭ガスの圧力制御装置、流量調整装置、バーンアウト装置などや、例えばセラミックス等を使う必要がある室内の金物は、この浸炭室のみに配置するだけでよく、拡散室内は所定温度を保持する熱源と所定圧力保持の圧力制御装置のみを具備すればよく、特に深い浸炭が要求される多量生産ワーク用としては、簡素な設備のイニシアルコスト、メインテナンスコスト、ランニングコストをそれぞれ低コストとした連続真空浸炭方法及び連続真空浸炭炉を提供するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.2mm、サイクルタイム15分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャート。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム26分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャート。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す、浸炭深さ 1.6mm、サイクルタイム15分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャート。
【図４】比較のための特許文献２に示す複数の（３個の）昇温機能をもつ浸炭兼拡散室を有する、浸炭深さ 1.2mm、サイクルタイム40分の連続真空浸炭炉の立面概略ブロック断面図とその下側に各室の各１個のトレイ又はバスケットの処理時間チャート。
【符号の説明】
【００１９】
２・・昇温室    ３・・浸炭室    ４・・拡散室    ５・・降温室
10・・鉄合金部品のワークを入れたトレイ又はバスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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